Nimmt die Ausdehnung des Universums mit der Entfernung zu?

Ich bin mir nicht sicher, warum Sie sagen, dass „ die Expansion gleich ist “, wenn Sie auch sagen, dass „ die Expansion mit der Entfernung zunimmt “, aber ich würde nicht sagen, dass die „Expansion zunimmt“, sondern dass „die Rezessionsgeschwindigkeit zunimmt“.

Die Rezessionsgeschwindigkeit$v$von Galaxien nimmt linear mit der Entfernung zu$d$. Die Proportionalitätskonstante wird Hubble-Konstante genannt$H_0$. Das Gesetz von Hubble besagt dies also

Tatsächlich sehen wir überhaupt keine Geschwindigkeit. Wir messen die Rotverschiebung einer Galaxie$z$, Und$z$nimmt auch mit der Entfernung zu, aber nicht linear. Das liegt daran, dass es davon abhängt, wie stark sich das Universum seit der Emission des Lichts ausgedehnt hat, und die Expansionsrate ändert sich mit der Zeit. Aber für ausreichend kleine Entfernungen, dh für Galaxien, die nicht so weit in die Vergangenheit gesehen werden, ist die Beziehung nahezu linear, so dass$v = cz$, Wo$c$ist die Lichtgeschwindigkeit.

Dies trifft in der Tat ungefähr auf einige hundert Mpc zu. Für größere Entfernungen wird die lineare Beziehung ungenau, und man muss stattdessen ein kosmologisches Modell der Expansionsgeschichte des Universums anwenden, das nicht trivialerweise von den Dichten seiner verschiedenen Bestandteile abhängt.

Beschleunigung des Universums

Der Begriff "beschleunigte Expansionsrate" bezieht sich nicht auf den Wert von$H$, sondern zu der Rate, mit der der Skalierungsfaktor$a$– die „Größe“ des Universums – nimmt zu (das Universum kann unendlich groß sein oder auch nicht;$a$ist so normalisiert, dass heute$a=1$).

Für einen bestimmten Wert von$H$kennen wir die Rezessionsgeschwindigkeit von zwei beliebigen Punkten, die zu einem bestimmten Zeitpunkt durch einen gewissen Abstand voneinander getrennt sind . Zu einem späteren Zeitpunkt werden diese beiden Punkte ihren Abstand vergrößert haben und daher – nach dem Gesetz von Hubble – ihre Rezessionsgeschwindigkeit zugenommen haben.

Was in der Vergangenheit höher war, ist der Hubble-Parameter$H(t)$. Diese Zahl wird in Zukunft asymptotisch auf einen etwas kleineren Wert von abnehmen

Die folgende Abbildung zeigt die Entwicklung von$a(t)$bis$t\sim130\,\mathrm{Gyr}$. Auf der linken Seite ist eine Vergrößerung des ersten$20\,\mathrm{Gyr}$wo Sie sehen können, wie das Universum zuerst abgebremst wird$\sim10\,\mathrm{Gyr}$, bis dunkle Energie anfing, die Dynamik zu übernehmen.

Momentan ist die Beschleunigung eigentlich noch recht bescheiden, wird aber in Zukunft grenzenlos zunehmen; zum Beispiel in 50 Gy von jetzt an,$a\sim10$, dh Galaxien werden$10\times$weiter voneinander entfernt, aber in 100 Gyr haben wir$a\sim150$.

Um es einfach auszudrücken, stellen Sie sich einen aufgeblasenen Ballon vor, auf dessen Oberfläche eine Reihe von Punkten verstreut sind. Der Ballon repräsentiert das Universum und die Punkte sind die Galaxien. Wenn Sie den Ballon weiter aufblasen, werden Sie sehen, dass eine Ameise, die auf einen der Punkte gesetzt wird, sich selbst in Ruhe sehen würde, während sich alle anderen Punkte entfernen, und dass sich die am weitesten entfernten Punkte am schnellsten entfernen. Die Ameise repräsentiert natürlich Sie, und die Ausdehnung des Ballons repräsentiert die Ausdehnung des Universums. Eine Ameise, die auf einem anderen Punkt platziert wird, würde sich ebenfalls in Ruhe befinden, wobei sich Ihr Punkt mit einer Geschwindigkeit von ihm wegbewegt, die proportional zu seiner Entfernung ist. Das Universum weicht von dieser Analogie insofern ab, als die uns sehr nahen Galaxien, Andromeda zum Beispiel,